JPH03153515A - 束状繊維塊活性炭およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は吸着能力および広い表面積を活かして、公害防
止および環境浄化、食品工業、石油工業等、幅広い産業
分野で利用されている高機能性繊維状活性炭およびその
製造方法に関するものである。

（従来の技術） 活性炭は無数の微細孔を有し、単位重量当りの外表面積
が大きく、気相、液相中での種々の分子を引き付けて保
持し、また脱離させることもできる。従って、従来より
活性炭はこの吸着脱離能力を活かして、種々の分子の分
離剤、触媒、触媒担体等として用いられている。

活性炭は、その形態から、一般に粒径が１４９μ−以下
の粉末活性炭と粒径が１ｍ〜３ｍ程度の粒状活性炭と、
無定形の繊維状活性炭とに大別される。

活性炭素繊維の製造は、ポリアクリロニトリル系繊維を
原料とするもの、フェノール樹脂系繊維を原料とするも
の、セルロース系繊維を原料とするもの、ピッチ系繊維
を原料とするものなどがある。

従来より、ピッチ系活性炭素繊維は、特開昭６１−１３
２６２９号公報などの不織布の製造方法に見られるよう
に、嵩密度が低い状態で不融化、炭化賦活化処理されて
製造されており、さらには製品の形態もフェルト、マッ
ト、ペーパーと、嵩密度の低いものばかりであった。

また、ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維（特開昭６
３−５３２９４号公報など）や、セルロース系活性炭素
繊維（特開昭５１−１９８１８号公報など）のシート状
集合体の賦活化においても、嵩密度の低い状態で賦活化
するため、熱処理炉の容積がどうしても大きくなり、生
産性が悪かった。

（発明が解決しようとする課題） 粉末活性炭は、粒状活性炭に比べて、単位重量当りの外
表面積が大きく、吸着速度が速いという利点はあるが、
粒径が１４９μｍ以下と小さいために飛び易く、概して
取り扱いが困難で、粉塵爆発の危険性もある。また、固
定層で使用するとき通気抵抗が大きいことから、気相中
での使用は困難であり、処理液と適当量の活性炭とを混
合した後に濾過する接触回分法で利用され、液層中での
種々の分子の分離剤、除去剤、吸着剤、分解剤、回収剤
、触媒担体としてしか用いられないという欠点を有して
いる。仮に、気相中で、有害物質の種々の分子の吸着効
果を得ようとすれば、処理量の減少、いわゆる吸着効率
の低下を招くことになる。

一方、粒状活性炭は、粉末活性炭に比べて取り扱い易く
、飛散し難く、粉塵爆発の危険性もなく、また固定層で
使用するときは通気抵抗が小さいことから、気相中でも
液層中でも利用でき、また再生使用ができるという利点
を有するが、その一方で破砕粉化され易く、単位重量当
りの外表面積が小さく、吸着速度、脱着速度が遅いとい
う欠点も有する。従って、仮に、精製しようとするガス
または液を粒状活性炭層に流し、低濃度の有害物質の種
々の分子を十分に吸着除去しようとすれば、大容量の粒
状活性炭層を必要とし、処理量の減少、いわゆる吸着効
率の低下を招く結果となる。また、精製しようとするガ
スまたは液を粒状活性炭流動層に流し、有害物質の種々
の分子を吸着除去しようとすれば、粒径が１〜３１１Ｉ
ＩＩｌ程度と大きいことや、粒子密度が大きいことから
、多量のガスまたは液流を必要とし、吸着除去率の低下
を招き、粒状活性炭の摩耗、破砕ロスを引き起こすこと
になる。

これに対し、活性炭素繊維は、一般に炭素繊維をガス賦
活化または薬品賦活化することで製造される繊維状の活
性炭で、繊維１本１本の単位重量当りの外表面積が大き
く、吸着、脱着速度が速いという利点がある。しかし、
繊維であるため、繊維集合体としては強度が弱く、作業
性が悪く、取り扱い難く、飛散し易く、形状維持性が悪
く、空隙率が高く、充填密度が低いという欠点を有する
。

また、再生処理、再使用に当たっても、飛散し易く、ま
た形状維持性が悪いために空隙率、充填密度の再現性が
悪いという問題がある。従って、仮に、精製しようとす
るガスまたは液を活性炭素繊維層に流し、低濃度の含有
物質の種々の分子を十分に吸着除去しようとすれば、大
容積の活性炭素繊維層を必要とし、経済的でなく、処理
量の減少、いわゆる吸着効率の低下を招く結果となる。

また、精製しようとするガス゛または液を、活性炭素繊
維を綿状にした流動層に流し有害物質の種々の分子の吸
着除去を行おうとすると、綿状にした繊維体は形状維持
性が悪く、ばらけ飛散し、摩耗、破砕ロスを引き起こし
、同じく、吸着除去率の低下、処理量の減少、いわゆる
吸着効率の低下を招くことになる。更に、仮に、形状維
持性を改善する目的で、織物、不織布、例えばフェルト
、マット、ペーパーに加工して利用すれば、加工費がか
かり経済的でないばかりか、−船釣に行われている活性
炭再生炉（Ｎ型多段炉、流動層炉等）による熱再生法が
困難になり、再生使用が困難になるという問題も出てく
る。

また、これらの織物、フェルト、マット、ペーパー等の
不織布状の活性炭素繊維の製造や使用にあたっても、嵩
密度が低いため、製造装置や使用装置が大きくなり、経
済的にコスト高になるという問題がある。

そこで本発明の目的は、粉末活性炭、粒状活性炭および
従来の活性炭素繊維の欠点を解消し、吸着能力が高く、
吸着脱着速度が速く、ハンドリング性が良好で形状繊維
特性が良く、かつ再生使用が容易な高機能性活性炭およ
びその製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果
、活性炭素繊維を同一方向に配列し束状の繊維塊とする
ことにより高機能性の活性炭が得られることを見い出し
、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、複数本の活性炭素繊維が同一方向
に配列してなる束状繊維塊活性炭およびその製造方法に
関するものである。

上記活性炭素繊維の繊維径は、好ましくは３μｍ〜５０
μｍ１更に好ましくは５μＩｌｌ〜３０μｍである。

また、本発明の繊維塊活性炭の充填密度は０．０１ｇ／
ｃｍ’以上、好ましくは０．０３ｇ／ｃｍ’以上、更に
好ましくは０．０５ｇ／ｃｍ’以上である。

更に、本発明の束状繊維塊活性体は、活性炭素繊維が同
一方向に配列し、片端もしくは両端において繊維同志が
全部又は一部接着していることが好ましい。

尚、本発明の活性炭素繊維または原料繊維は複数本の繊
維が同一方向に配列したものであるが、これら複数本の
繊維は交差していてもよい。

本発明の繊維塊活性炭は、適当な太さを有する複数本の
原料繊維を同一方向に配列し、得られたピッチ繊維を所
望の長さに切断した後、高密度集束状態で不融化、炭化
賦活化処理すにことにより得ることができる。あるいは
また、適当な太さを有する炭素繊維を同一方向に配列し
、所望の長さに切断し、適当な充填密度を有する束状の
繊維塊とし、この繊維塊を適当な方法で賦活化すること
によっても得ることができる。

以下、本発明の束状繊維塊活性炭の製造方法について具
体的に説明する。

ピッチを原料とする場合、石油系あるいは石炭系ピッチ
から、熱処理等の処理により、２００°Ｃ以上の高軟化
点を有する実質的に光学的等方性のピッチ、いわゆるプ
リカーサ−ピッチを得る。このプリカーサ−ピッチを溶
融紡糸して、得られたピッチ繊維を所望の一定の長さに
切断した後、高密度集積状態で酸化性ガス雰囲気下で加
熱することにより不融化処理させ、次いで炭化賦活化処
理を行う。

プリカーサ−ピッチの溶融紡糸においては、不融化、炭
化賦活化処理を容易にするために、同一方向に配列した
繊維間に空隙を作る。このためには、二硫化モリブデン
、二硫化タングステン、タルク又は黒鉛のような固体潤
滑剤を含む集束剤を、溶融紡糸後のピッチ繊維に塗布し
て集束させるのが好ましい。集束後、切断装置で１ｒＭ
ａ〜５０ｍｍに切断して、繊維塊ピッチ繊維を得る。こ
の切断方法は、通常のローターリ−カッターなどの切断
方法をとっても良いが、ニクロム線などの熱線による切
断が好ましい。熱線による切断では、熱線によって切断
部分でピッチ繊維が一部溶融して繊維同志が接着し、炭
化賦活化処理において繊維塊の形状が崩れにくくなる。

また、製品の繊維塊活性炭の形状維持性が向上し、再生
使用が容易になる。

次に、ピッチ繊維塊の不融化処理は、酸化性ガス、例え
ば、空気、酸素、二酸化窒素などの混合ガス雰囲気中で
加熱処理することにより行うことができるが、薬品によ
り不融化処理を行ってもよい。

不融化繊維塊の炭化賦活化処理は、繊維塊を水蒸気、二
酸化炭素、酸素またはこれらを少なくとも一種類以上含
む混合ガスで流動化するか、あるいは流動化せずに通常
の方法で賦活化することにより行う。

（作　用） 本発明の束状繊維塊活性炭の繊維径の好適範囲を３μＩ
ｌｌ〜５０μｍとしたのは、３μ−未満のものは引張強
度が弱く、繊維塊の形状維持が難しく、また再生歩留ま
りも悪くなり、一方５０μｍを越えると単位重量当りの
外表面積が小さく、十分な吸着能力と咬着・脱着速度を
得ることが難しく、繊維塊活性炭としては好ましいもの
ではないからである。かかる見地より、最も好ましい範
囲は、５μ１１〜３０μ−である。

また、繊維塊活性炭の充填密度をＱ、Ｑ３ｇ／ｃ＋ａ３
以上としたのは、この値よりも小さな充填密度のものは
空隙率が高（、精製しようとするガスまたは液を繊維塊
活性炭を充填した層に流して、低濃度の有害物質の種々
の分子を十分に吸着除去しようとすれば、大容積の繊維
塊活性炭層を必要とし、経済的でなく、また繊維塊強度
が弱く、繊維塊の形状維持が難しくなり、処理量の減少
、即ち、吸着効率の低下を招き、好ましくないからであ
る。

但し、束状繊維塊活性炭が本発明の形態である場合には
、繊維塊の充填密度が０．Ｏ１ｇ／ｃｍ’以上あれば、
十分に本発明の目的を達成することができる。

上述の結果、本発明の束状繊維塊活性炭は単位重量当り
の外表面積が大きく、吸着速度が速く、しかも束状であ
ることから、作業性・ハンドリング性に優れ、形状維持
性が良く、再生使用が容易である等、高度処理技術に不
可欠な高度の機能性を有し、よって液相でも気相でも利
用することができ、公害防止および環境浄化等に用いる
ことができる。

また、製造においても、あらかじめ紡糸後に束状に形態
加工した場合には、嵩密度が高くなるため、製造設備を
小さくすることができ、製造コストを下げることができ
る。

（実施例） 次に本発明を実施例および比較例により説明する。

夫旌班 石炭系ピッチを原料とし、ベンゼン不溶分を５６％含む
全面光学的等方性ピッチ（プリカーサ−ピッチ）を溶融
紡糸し、ピッチ繊維を得た。得られたピッチ繊維は径１
８μｍで、この繊維を黒鉛粉末５％分散液で集束後、熱
線カッターにて長さ３鴫の繊維が並行に配列した繊維塊
ピッチを作った。

これを５°Ｃ／ｍｉｎの速度で昇温し、３２０　’Ｃで
空気流通下で不融化処理した。さらに水蒸気３０％の賦
活化ガス流通下、８５０°Ｃで流動層にて炭化賦活下処
理した。

得られた繊維塊活性炭は、繊維同志が接着し、平均繊維
径１４μｍ、比表面積１８００ｎ＋”／ｇ、平均細孔径
２ｎｓ＋、充填密度０．３８／ｃｍ’、平均長３ｆｉＩ
Ｉ！１、平均径２ｍであった。

上記繊維塊活性炭を充填した吸着カラムに、上水基の原
水を通水して吸着処理を行った。吸着カラムは内径３０
ｍｍのガラス管に繊維塊活性炭５ｇを充填したものを用
いた０通水は５Ｑｆを連続的に行い、その間の原水と処
理水のＴＯＣ値を測定した。

原水ｉ！ｉｔ量は、５ｇの繊維塊活性炭に対して、８０
０ｄ／ｈｒとし、繊維塊活性炭充填層の体積当りの流量
ＳＶを３２　（１／ｈｒ）　とした。

通水量に対する原水と処理水のＴＯＣ値およびＴＯＣ除
去率を下記の第１表に示す。

第　　１　　表 さらに、原水１００２処理するごとに、繊維塊活性炭を
再生し、吸着・再生の繰り返し処理を行った。再生は、
通常の水蒸気加熱再生で行い、通水により、吸着した繊
維塊活性炭を３０ａｍ径の石英管に移し、Ｈｅ気流中で
８５０°Ｃに昇温後、水蒸気を加え、水蒸気分圧３０％
、８５０℃、再生時間１ｈｒで行った。

再生による繊維活性炭の重量および平均のＴＯＣ除去率
を下記の第２表に示す。

第２表 実施例１で使用した同じプリカーサ−ピッチをエアーサ
ッカーにて溶融紡糸し、０．０１ｇ／ｃｍ’の充填密度
で堆積させ、実施例と同様にして不融化、炭化賦活化処
理して綿状の充填密度０．０２ｇ／ｃｍ！の活性炭素繊
維を得た。実施例１と同様の特性の活性炭素繊維が得ら
れたが、実施例１と同じ吸着カラムに活性炭素繊維はＩ
ｇＬか装入できなかった。

また、実施例１と同様に除去率を測定すると、４３％で
あった。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の同一方向に配列した
繊維塊活性炭は、従来の活性炭、すなわち粒状活性炭、
粉末活性炭、活性炭素繊維に比べて、吸着能力が高く、
吸着・脱着速度が速く、ハンドリング性および形状維持
性がよく、再生使用が容易で、機能性の向上と形状の改
善がなされている。

従って、かかる繊維塊活性炭は高吸着能力および広い外
表面積を活かして、幅広い産業分野で利用されている活
性炭として極めて優れた特性を有し、公害防止および環
境浄化の他に、食品工業、石油工業等幅広い分野に用い
ることができ、高度処理技術に不可欠なものとして産業
上極めて有用である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数本の活性炭素繊維が同一方向に配列してなる束
   状繊維塊活性炭。 ２、片端もしくは両端において繊維同志が全部又は一部
   接着している請求項１記載の束状繊維塊活性炭。 ３、プリカーサーピッチを溶融紡糸し、得られたピッチ
   繊維を所望の一定の長さに切断した後、高密度集束状態
   で不融化処理し、次いで炭化賦活化処理することを特徴
   とする請求項１記載の束状繊維塊活性炭の製造方法。 ４、上記ピッチ繊維の切断の方法において、切断部分を
   溶融して、繊維同志を接着させることを特徴とする請求
   項３記載の方法。